Kraj Retencja i zagospodarowanie wód opadowych
Zbiornik wód deszczowych przy autostradzie w Niemczech, fot. D. Słyś
Zbiornik infiltracyjno-retencyjny ścieków
deszczowych
Z' prof. dr hab. inż. Józef Dziopak, mgr inż. Joanna Hypiak, dr inż.
Daniel Słyś, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa i Inżynierii
Åšrodowiska, Katedra Infrastruktury i Ekorozwoju
Wzrost ilości ścieków deszczowych, wynikający głównie z postępującej urbaniza-
cji, jest w wielu przypadkach przyczyną przeciążenia eksploatowanych systemów
kanalizacyjnych. Straty, które powstają, gdy istniejące przewody nie są w stanie
odprowadzić ścieków z nawalnych opadów i gwałtownych roztopów, motywują do tworzenia systemów, które umożliwiają zachowanie za-
mkniętego obiegu wody w obrębie danej zlewni. Szczególnie popierane są rozwiązania zgodne z ideą zrównoważonego gospodarowania
wodami opadowymi, przy wykorzystaniu naturalnych procesów retencji i infiltracji tych wód do gruntu.
Koncepcja zbiornika infiltracyjno-retencyjnego ścieków Zbiorniki odciążające hydraulicznie sieci kanalizacyjne
deszczowych wyróżniają się bardzo dużymi pojemnościami. W przypadku
Zbiornik infiltracyjno-retencyjny ścieków deszczowych, który znacznej kubatury, korzystnym rozwiązaniem jest podzielenie
jest przedmiotem zgłoszenia patentowego nr P391983 [1] oraz tema- obiektu na komory w układzie wysokościowym, dzięki czemu
tem rozważań w publikacji [2], stanowi rozwiązanie łączące funkcję uzyskuje się mniejszą wymaganą pojemność części akumula-
odciążającą hydraulicznie sieć kanalizacyjną oraz podczyszczającą cyjnej, a przez to mniejszą powierzchnię pod zabudowę obiektu
ścieki deszczowe przed ich wprowadzeniem do odbiornika. Jest w porównaniu do zbiornika jednokomorowego. W znanych
to koncepcja innowacyjnego obiektu hydrotechnicznego, który dotychczas rozwiązaniach [3, 4, 5], zbiorniki retencyjne pełnią
dzięki zastosowaniu następujących po sobie komór: przepływowej, głównie rolę magazynującą, przechwytując nadmiar ścieków
osadowej oraz infiltracyjnej, umożliwia wykorzystanie wielu pro- w okresach intensywnych opadów. Wobec powyższego, po-
cesów, w tym sedymentacji, flotacji i infi
ltracji podczyszczonych jawia się konieczność zagwarantowania pomieszczenia całej
mechanicznie ścieków deszczowych do gruntu. dodatkowej objętości ścieków deszczowych w zbiorniku, czego
60 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Styczeń  Luty 2011
Retencja i zagospodarowanie wód opadowych Kraj
konsekwencjÄ… jest wymagana znaczna jego kubatura. Takie roz- wykorzystana jako atrakcyjna baza wypoczynkowa lub jako
wiązanie nie gwarantuje jednak odpowiedniego podczyszczania zapas wody na cele przeciwpożarowe.
ścieków z zawiesin przed wprowadzeniem ich do odbiornika. W praktyce jednak próby wkomponowania otwartego obiektu
Idea zbiornika infiltracyjno-retencyjnego polega na poprawie w terenie już zabudowanym okazują się być bardzo trudne.
negatywnych cech dotychczas znanych i stosowanych rozwiązań Przeszkodą są przede wszystkim wygórowane ceny gruntów, co
obiektów odciążających. Zastosowanie komory infi
ltracyjnej związane jest również z dostępnością terenów pod zabudowę.
z otwartym dnem, przez które podczyszczone mechanicznie
ścieki deszczowe z komory osadowej przedostają się do gruntu,
dodatkowo zmniejsza pojemność zbiornika o objętość ścieków
infiltrujÄ…cych do gruntu.
Budowa zbiornika infiltracyjno-retencyjnego
Zbiornik infiltracyjno-retencyjny z podczyszczaniem ścieków
opadowych składa się z trzech komór: komory przepływowej,
osadowej i infi
ltracyjnej (ryc. 1). Zastosowany podział prze-
strzeni retencyjnej pozwala na wykorzystanie jedynie pojem- Ryc. 2. Schemat zbiornika infiltracyjno-retencyjnego z komorÄ… osadowÄ… i otwartÄ… komorÄ…
ności komory przepływowej w przypadku niewielkich opadów, infiltracyjną
bez konieczności napełniania całego obiektu.
Urządzenia służące do rozsączania wód opadowych powinny Funkcje komór zbiornika infiltracyjno-retencyjnego
być lokalizowane na terenach, które charakteryzują się korzyst- Podobnie jak w innych znanych rozwiązaniach wielokomo-
nymi warunkami gruntowo-wodnymi, sprzyjającymi ich wsią- rowych zbiorników retencyjnych [6], komora przepływowa jest
kaniu. Z tego też względu najkorzystniej jest sytuować zbiornik pierwszą napełnianą w zbiorniku komorą. W rozwiązaniu tym
infiltracyjno-retencyjny na podłożu łatwo przepuszczalnym, stanowi ona połączenie kanałów dopływowego i odpływowego,
które stanowią piaski, żwiry, pospółka i tym podobne. Istotne których usytuowanie względem dna komory zapewnia grawi-
znaczenie ma też poziom zwierciadła wód gruntowych. tacyjny przepływ ścieków deszczowych. Komora przepływowa
Uniwersalność stosowania tego obiektu polega m.in. na tym, stanowi tutaj element sterujący procesem napełniania się całego
że jego koncepcja daje możliwość wkomponowania zbiornika, zbiornika (ryc. 3). W zależności od chwilowego poziomu jej
zarówno w terenie jeszcze niezagospodarowanym, jak i na ob- napełnienia i rzędnej usytuowania krawędzi przegrody mię-
szarze charakteryzującym się dość gęstą zabudową. Zbior- dzykomorowej, napełniana jest kolejna komora.
nik infiltracyjno-retencyjny również może stanowić w całości Dodatkowo w komorze przepływowej przewidziano prze-
budowlę podziemną. Teren nad zbiornikiem można wówczas grodę osłonową, której zadaniem jest zatrzymywanie zanie-
przeznaczyć na inne cele użytkowe. Jednym z wariantów takiego czyszczeń pływających, jakie spłukiwane są z powierzchni
przeznaczenia jest wykorzystanie powierzchni nad zbiornikiem terenu i które przedostają się do systemu odwadniania wraz
na parking wielopoziomowy. z pierwszÄ… falÄ… opadu.
Ryc .1. Schemat zbiornika infiltracyjno-retencyjnego z komorą oczyszczającą (Qdop  ścieki
dopływające do zbiornika, Qodp  ścieki odpływające ze zbiornika, Qinf  natężenie
ścieków infiltrujących do gruntu, KP  komora przepływowa, KO  komora osadowa,
KI  komora infiltracyjna)
Zastosowany układ hydrauliczny zbiornika umożliwia sy-
tuowanie go także jako obiektu częściowo otwartego. Wów-
czas komora przepływowa i osadowa projektowane są jako
elementy podziemne, natomiast komora infiltracyjna stanowi Ryc. 3. Schemat komory przepływowej KP (Qdop  ścieki dopływające do zbiornika,
część otwartą (ryc. 2). Obecność biologicznie czynnej warstwy Qodp  ścieki odpływające ze zbiornika, QC  ścieki przelewające się przez przegrodę
ożywionego gruntu na dnie komory infi
ltracyjnej powoduje międzykomorową po napełnieniu komory przepływowej, h  poziom zwierciadła ścieków
dodatkowe oczyszczenie ścieków w wyniku przemian zacho- w komorze przepływowej, h  wysokość usytuowania przegrody międzykomorowej,
p
dzÄ…cych podczas fi
ltracji. Jest to korzystniejsze rozwiązanie 1  kanał dopływowy, 2  przelew międzykomorowy, 3  zawór klapowy, 4  kanał
również z punktu widzenia prawidłowego użytkowania zbior- odprowadzający, 5  przegroda zatrzymująca zanieczyszczenia lżejsze od wody)
nika, gdyż otwarta konstrukcja komory infi
ltracyjnej znacznie
ułatwia dostęp do powierzchni filtracyjnej, przez co upraszcza Z komorą przepływową jest połączona przegrodą między-
wszelkie konieczne zabiegi eksploatacyjne. Ponadto wypełniona komorową komora osadowa. Głównym jej zadaniem jest spo-
podczyszczonymi wodami opadowymi otwarta komora infi wolnienie prędkości przepływu ścieków tak, aby możliwa była
l-
tracyjna może stanowić wodny zbiornik rekreacyjny i zostać sedymentacja odpowiednich frakcji zawiesin zawartych w ście-
Styczeń  Luty 2011 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 61
Kraj Retencja i zagospodarowanie wód opadowych
kach. Z tego też względu kształt komory należy przewidzieć
jako bardziej wydłużony w stosunku do komory przepływowej,
a zaprojektowana geometria komory powinna zapewniać osią-
gnięcie optymalnej prędkości przepływu ścieków w procesie
sedymentacji zawiesin, która pozwoli na osadzanie się jak naj-
większej ilości transportowanych zanieczyszczeń.
Przy projektowaniu obiektów, które służą do zatrzymywania
zawiesin, należy szczególną uwagę zwracać na odpowiedni czas
przepływu ścieków przez to urządzenie. Od czasu zatrzymania
ścieków w tym obiekcie zależy procent redukcji zanieczyszczeń
w nich zawartych. Przykładowo, po 120 minutach sedymentacji
można zaobserwować redukcję zawiesiny ogólnej w ściekach
deszczowych w granicach 61÷76,2%.
Usunięcie zanieczyszczeń zawartych w ściekach opadowych
ważne jest z uwagi na konieczność ich oczyszczania przed wpro-
wadzeniem do odbiornika. Szczegółowe wytyczne odnośnie do
tej procedury określono w Rozporządzeniu Ministra Środowiska
z 2006 r. (z póz
niejszymi zmianami) [7]. Ponadto usunięcie
zanieczyszczeń ze ścieków opadowych przed ich wprowadze- Ryc. 6. Przykład pakietu wielostrumieniowego (oferta firmy GEA 2H Water Technologies) [10]
niem do komory infiltracyjnej spowoduje znaczne opóz
nienie
występowania procesu kolmatacji warstwy fi Zatrzymane w komorze osadowej większe zanieczyszczenia
ltracyjnej.
Koncepcję i funkcjonowanie komory osadowej oparto na i osady będą odprowadzane do kanalizacji i transportowane
zasadzie działania typowego osadnika lamelowego, gdzie wy- w kierunku oczyszczalni ścieków po zakończeniu opadu. Dno
korzystano wkłady wielostrumieniowe (ryc. 4). komory osadowej powinno być zatem wykonane ze spadkiem
pozwalającym na odprowadzenie osadzonych zanieczyszczeń
w procesie opróżniania zbiornika (ryc. 7). Wobec powyższego,
konstrukcja dna komory osadowej powinna spełniać podobne
wymagania projektowe, jakie stawiane są osadnikom wstępnym
oczyszczalni ścieków. Dla osadników poziomych przyjmuje się
do projektowania spadek dna równy od 2 do 5% [11].
Ryc. 4. Przykład wkładu wielostrumieniowego w osadniku poziomym na oczyszczalni
ścieków (oferta firmy Separator Service Sp. z o.o.) [8]
Podobne elementy zastosowano w budowie komory osado-
wej innowacyjnego rozwiÄ…zania zbiornika infiltracyjno-reten-
cyjnego ścieków deszczowych. Celem zastosowania wkładów
wielostrumieniowych w tym obiekcie jest zintensyfi
kowanie
przebiegu procesu sedymentacji (ryc. 5 i 6).
Ryc. 7. Schemat komory osadowej z wkładem wielostrumieniowym
Po wypełnieniu komory osadowej do poziomu położenia
krawędzi przelewu międzykomorowego, oddzielającego ją od
komory infi
ltracyjnej, następuje napełnianie kolejnej komory.
Istotne z punktu widzenia przebiegu procesu wsiÄ…kania i jego
intensywności są warunki gruntowo-wodne panujące na terenie
Ryc. 5. Przykład wkładu wielostrumieniowego (oferta firmy Oczyszczalnie Ścieków posadowienia zbiornika infiltracyjnego. Wybór lokalizacji obiektu
HALSON) [9] przeznaczonego do rozsączania ścieków deszczowych powinien
62 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Styczeń  Luty 2011
Retencja i zagospodarowanie wód opadowych Kraj
być poprzedzony badaniem profilu gruntowo-wodnego i podyk- wych i Nowoczesnej Techniki Brussels Innova  Eureka Con-
towany przez zapewnienie odpowiedniej wartości współczynnika test 2010 w Brukseli oraz Gold Prize na Międzynarodowych
infiltracji podczyszczonych wód opadowych do gruntu. Targach Wynalazków w Seulu (Seoul International Invention
Niemiecka wytyczna ATV A-138 [12], ze względu na brak Fair 2010). Ponadto rozwiązanie zbiornika zwróciło szczególną
odpowiednich krajowych regulacji, może stanowić podstawę uwagę rosyjskiego stowarzyszenia Russian House for Interna-
projektowania urządzeń rozsączających również w Polsce. tional Scientific and Technological Cooperation i zostało przez
Zaleca się przyjmować do obliczania pojemności tego typu nie wyróżnione medalem i dyplomem za walory aplikacyjne.
obiektów współczynnik infiltracji na poziomie połowy wartości
współczynnika fi Literatura
ltracji gruntu.
Głównym czynnikiem, który może powodować spadek inten- 1. Dziopak J., Hypiak J., Słyś D.: Zbiornik infiltracyjno-reten-
sywności procesu wsiąkania, a tym samym obniżać niezawod- cyjny ścieków deszczowych. Zgłoszenie wynalazku do Urzędu
ność działania komory, są drobne zanieczyszczenia odkładające Patentowego RP nr P.391983, 2010.
siÄ™ w przestrzeniach warstwy fi
ltracyjnej. Po pewnym czasie 2. Hypiak J.: Koncepcja zbiornika infiltracyjno-retencyjnego
dochodzi do kolmatacji dna komory i dalsza eksploatacja zbior- z komorÄ… osadowÄ….  Zeszyty Naukowe Politechniki Rze-
nika jest niemozliwa. Kolmatacja jest zjawiskiem szczególnie szowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2011
niekorzystnym w przypadku, gdy komora infi
ltracyjna jest (w druku).
obiektem podziemnym, a dostęp do jej dna, w celu przepro- 3. Dziopak J., Słyś D.: Zbiornik retencyjny cieczy z regulowanym
wadzenia zabiegów odnawiających, jest ograniczony. Ponadto odpływem. Zgłoszenie wynalazku do Urzędu Patentowego
proces zatykania warstwy filtracyjnej zachodzi z dużo mniejszą RP nr P.378387, 2009.
intensywnością w urządzeniach naturalnych, które charaktery- 4. Dziopak J., Słyś D.: Zbiornik retencyjny z regulowanym prze-
zują się biologicznie aktywną warstwą roślinności [13]. pływem cieczy. Patent RP nr 205761, 2005.
5. Słyś D., Dziopak J.: Odciążeniowy zbiornik retencyjny cie-
Funkcjonowanie zbiornika infiltracyjno-retencyjnego czy. Zgłoszenie patentowe do Urzędu Patentowego RP nr
Przepływ ścieków przez zbiornik infiltracyjno-retencyjny pod- P.386844, 2008.
czas jego napełniania i opróżniania odbywa się grawitacyjnie. 6. Dziopak J.: Modelowanie wielokomorowych zbiorników re-
Napełniane są kolejno: komora przepływowa, osadowa i na końcu tencyjnych w kanalizacji. Oficyna Wydawnicza Politechniki
komora infiltracyjna. W trakcie intensywnych opadów ścieki po Rzeszowskiej. Rzeszów 2004.
wypełnieniu komory przepływowej kierowane są do komory 7. Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków,
osadowej, a następnie przez wkład wielostrumieniowy do komory jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód i ziemi
infiltracyjnej, gdzie są odprowadzane do gruntu. W celu zapew- oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środo-
nienia niezawodnego działania zbiornika korzystne jest płukanie wiska wodnego. DzU 2006, nr 137, poz. 984 (z póz
n. zm.).
dna komory osadowej po każdorazowym jej opróżnieniu, z uwagi 8. http://www.separator.pl/
na możliwość cementyzacji zdeponowanych tam zawiesin w wy- 9. http://www.halson.pl/
niku postępującego procesu sedymentacji. Komora infi
ltracyjna 10. http://www.2hplast.pl
również może być płukana, np. po stwierdzeniu spadku intensyw- 11. Imhoff K., Imhoff K.R.: Kanalizacja miast i oczyszczanie
ności procesu wsiąkania. Popłuczyny z komory osadowej i infi ścieków. Poradnik. Wydawnictwo Arkady. Warszawa 1996.
l-
tracyjnej mogą być odprowadzane do niżej położonej kanalizacji 12. Arbeitsblatt ATV-DVWK-A138 Plannung, Bau und Betrieb
sanitarnej lub ogólnospławnej pompowo lub grawitacyjnie, jeżeli von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser, April
pozwoli na to położenie wysokościowe systemów. W przypadku, 2005.
gdy dno komory infiltracyjnej zostanie zakolmatowane w stopniu 13. Burszta-Adamiak E.: Ocena zjawiska kolmatacji w urzÄ…dze-
uniemożliwiającym wsiąkanie lub znacznie go ograniczającym, niach do sztucznej infiltracji wód opadowych.  Gaz, Woda
wymagane jest usunięcie wierzchniej warstwy złoża fi
ltracyjnego i Technika Sanitarna 2007, nr 7 8.
i zastÄ…pienie go nowÄ….
Podsumowanie
Otwarte obiekty wykorzystujÄ…ce naturalne procesy infi
ltracji
do gruntu powinny stanowić kierunek rozwoju dla przyszłych
rozwiązań, tym bardziej że nowatorskie rozwiązania zbiorników
odciążających hydraulicznie sieć kanalizacyjną nadal stanowią
w Polsce rzadkość. Sformułowana koncepcja funkcjonowania
zbiornika infiltracyjno-retencyjnego wskazuje na złożoność
funkcjonowania całego układu, który stwarza możliwości go-
spodarowania wodami opadowymi zgodnie z zasadami zrów-
noważonego rozwoju.
Rozwiązania obiektów wykorzystujących naturalne procesy
infiltracji do gruntu sÄ… niezwykle cenione. Zbiornik infiltra-
cyjno-retencyjny ścieków deszczowych został wielokrotnie
wyróżniony na międzynarodowych i światowych targach in-
nowacyjności. Autorom rozwiązania przyznano nagrody: Silver
Medal na Warszawskiej Międzynarodowej Wystawie Innowa-
cyjności IWIS 2010 (International Warsaw Invention Show),
Gold Medal na Światowej Wystawie Innowacji, Badań Nauko- Zbiornik wód deszczowych w miejscowości Klimkówka k. Rymanowa, fot. D. Słyś
Styczeń  Luty 2011 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 63